[發(fā)明專利]一種蔗糖一鍋法制備活性炭的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110273644.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113562728A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋君龍;張?chǎng)斡?/a>;張聽(tīng)偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/318
• 分類號(hào): C01B32/318;C01B32/348;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種蔗糖一鍋法制備活性炭的方法及應(yīng)用于吸附染料的性能評(píng)價(jià)，其特征在于：在蔗糖中加入等質(zhì)量的一水草酸鉀和碳酸鈣，蔗糖為碳源，一水草酸鉀和碳酸鈣分別為軟、硬二元模板劑；在研磨混合均勻后蔗糖在高溫下熔融并碳化，在熔融狀態(tài)下模板造孔，主要形成大孔；同時(shí)，一水草酸鉀和碳酸鈣高溫下分解產(chǎn)生的二氧化碳蝕刻碳化大孔，這個(gè)過(guò)程主要形成小孔，相當(dāng)于活化。本發(fā)明涉及的碳材料取用蔗糖為原料，原料非常豐富，制備工藝十分簡(jiǎn)單，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明制備得到的蔗糖活性炭具有較大的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，對(duì)羅丹明B的理論最大吸附量可達(dá)357.42mg/g。同時(shí)具有很好的循環(huán)使用性能，循環(huán)使用5次，其吸附性能可以維持首次使用的90％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蔗糖一鍋法活性炭的制備方法。

技術(shù)背景

一般來(lái)說(shuō)，制備活性炭所使用的原料需要豐富且礦物含量較少。前人的很多研究都是以各種工業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)廢棄物為原料制備活性炭，如木材、竹子、輪胎、動(dòng)物糞便、玉米秸稈等。糖是一種具有短鏈和可溶性碳水化合物，可從大多數(shù)植物中提取，特別是甘蔗。由于其廣泛的可用性和可持續(xù)性，糖類一直被認(rèn)為是一種可用的、可持續(xù)的來(lái)源的碳。另外，活性炭的質(zhì)構(gòu)和化學(xué)特性對(duì)其吸附能力有很大的影響。高表面積將提供更多的吸附位點(diǎn)，其表面的官能化增強(qiáng)了吸附劑與吸附劑的相互作用。通過(guò)活化可以提高活性炭的比表面積/孔隙體積，改變或調(diào)整活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)，具有一定的獨(dú)特性。目前，活化方法有物理活化法、化學(xué)活化法和物理化學(xué)活化法等3種，綜合考慮化學(xué)活化法是最佳的制備性能優(yōu)良活性炭的方法。目前，有關(guān)糖基活性炭的制備主要是通過(guò)初始預(yù)碳化后再進(jìn)行化學(xué)活化的兩步工藝或一鍋法，且表面積較小；另一方面，活化劑通常為強(qiáng)酸強(qiáng)堿，對(duì)設(shè)備要求較高。在此，我們使用溫和的活化試劑(一水草酸鉀和碳酸鈣)，通過(guò)雙模板法制備了蔗糖基多孔活性炭。選用羅丹明B作為模型染料，測(cè)試蔗糖活性炭的吸附能力。本發(fā)明涉及蔗糖高值化利用的方法，把蔗糖一步法制備得到優(yōu)質(zhì)活性炭，可以廣泛的應(yīng)用廢水處理的環(huán)保行業(yè)，以及其他活性炭應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

為了高值化利用農(nóng)產(chǎn)品蔗糖，本發(fā)明提供了一種蔗糖活性炭的制備方法，該方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單僅需一步煅燒，將預(yù)碳化和活化一次完成，所得產(chǎn)品比表面積大，具有豐富的孔結(jié)構(gòu)，循環(huán)利用率高，穩(wěn)定性好。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種蔗糖一鍋法制備活性炭的方法，其特征在于：

步驟(1)：以高溫下易熔融的蔗糖為碳源，草酸鉀和碳酸鈣為模版和活化劑；

步驟(2)：將蔗糖原料、草酸鉀和碳酸鈣(質(zhì)量比1∶1∶1)混合均勻并研磨；

步驟(3)：將步驟(2)研磨后的樣品在管式爐中以3～10℃/min的升溫速率升溫至600～800℃，恒溫煅燒0.5～2h，隨后自然冷卻；

步驟(4)：將步驟(3)燒制后的樣品使用2mol/L的鹽酸浸泡2～8h，洗滌烘干后得到活性炭產(chǎn)品。

本發(fā)明具體如下技術(shù)效果：本發(fā)明制備得到的蔗糖活性炭具有較大的比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)(見(jiàn)表 1，圖1和圖2)，最佳條件下制備的活性炭對(duì)羅丹明B的理論最大吸附量可達(dá)357.42mg/g。同時(shí)具有很好的循環(huán)使用性能，循環(huán)使用5次，其吸附性能可以維持首次使用的90％以上(見(jiàn)圖3)。

表1不同活化溫度的蔗糖活性炭的質(zhì)構(gòu)參數(shù)

附圖說(shuō)明

圖1蔗糖活性炭氮?dú)馕摳綀D(a)和孔徑分布(b)

圖2不同活化溫度制備的蔗糖活性炭掃描電鏡圖片600℃(a，b，c)，700℃(d，e，f)，and 800℃(g，h，i)

圖3蔗糖活性炭的循環(huán)使用效果

具體實(shí)施方式